Spontane versus gestimuleerde emissie
Emissie verwijst naar de emissie van energie in fotonen wanneer een elektron overgaat tussen twee verschillende energieniveaus. Kenmerkend is dat atomen, moleculen en andere kwantumsystemen bestaan uit vele energieniveaus die de kern omringen. Elektronen bevinden zich in deze elektronenniveaus en gaan vaak tussen niveaus door de absorptie en emissie van energie. Wanneer absorptie plaatsvindt, gaan elektronen naar een hogere energietoestand die een 'aangeslagen toestand' wordt genoemd, en de energiekloof tussen de twee niveaus is gelijk aan de hoeveelheid geabsorbeerde energie. Evenzo zullen elektronen in de aangeslagen toestanden daar niet voor altijd blijven. Daarom komen ze naar een lagere aangeslagen toestand of naar het grondniveau door de hoeveelheid energie uit te zenden die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden. Er wordt aangenomen dat deze energieën worden geabsorbeerd en vrijgegeven in quanta of pakketten van discrete energie.
Spontane emissie
Dit is een methode waarbij emissie plaatsvindt wanneer een elektron overgaat van een hoger energieniveau naar een lager energieniveau of naar de grondtoestand. Absorptie komt vaker voor dan emissie, aangezien het grondniveau over het algemeen meer bevolkt is dan de aangeslagen toestanden. Daarom hebben meer elektronen de neiging om energie te absorberen en zichzelf op te winden. Maar na dit proces van excitatie, zoals hierboven vermeld, kunnen elektronen niet voor altijd in de aangeslagen toestand zijn, aangezien elk systeem de voorkeur geeft aan een stabiele toestand met een lagere energie dan in een onstabiele toestand met een hoge energie. Daarom hebben geëxciteerde elektronen de neiging om hun energie vrij te geven en terug te keren naar de grondniveaus. Bij een spontane emissie vindt dit emissieproces plaats zonder de aanwezigheid van een externe stimulus/magnetisch veld; vandaar de naam spontaan. Het is slechts een maatregel om het systeem in een stabielere toestand te brengen.
Wanneer een spontane emissie plaatsvindt, terwijl het elektron overgaat tussen de twee energietoestanden, wordt een energiepakket vrijgegeven dat overeenkomt met de energiekloof tussen de twee toestanden als een golf. Daarom kan een spontane emissie in twee hoofdstappen worden geprojecteerd; 1) Elektron in een aangeslagen toestand komt neer op een lagere aangeslagen toestand of grondtoestand 2) De gelijktijdige afgifte van een energiegolf die energie draagt die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden. Fluorescentie en thermische energie komen op deze manier vrij.
Gestimuleerde Emissie
Dit is de andere methode waarbij emissie plaatsvindt wanneer een elektron overgaat van een hoger energieniveau naar een lager energieniveau of naar de grondtoestand. Echter, zoals de naam al doet vermoeden, vindt deze keer emissie plaats onder invloed van externe prikkels zoals een extern elektromagnetisch veld. Wanneer een elektron van de ene energietoestand naar de andere gaat, doet het dat door een overgangstoestand die een dipoolveld bezit en werkt als een kleine dipool. Daarom, wanneer onder invloed van een extern elektromagnetisch veld de kans dat het elektron de overgangstoestand binnengaat, wordt vergroot.
Dit geldt zowel voor absorptie als voor emissie. Wanneer een elektromagnetische stimulus, zoals een invallende golf, door het systeem wordt geleid, kunnen elektronen in het grondniveau gemakkelijk oscilleren en in de overgangsdipooltoestand komen waardoor de overgang naar een hoger energieniveau zou kunnen plaatsvinden. Evenzo, wanneer een invallende golf door het systeem wordt gevoerd, kunnen elektronen die al in aangeslagen toestand zijn en wachten om naar beneden te komen, gemakkelijk de overgangsdipooltoestand binnengaan als reactie op de externe elektromagnetische golf en zouden hun overtollige energie vrijgeven om naar een lagere aangeslagen toestand te komen. staat of grondtoestand. Wanneer dit gebeurt, aangezien de invallende bundel in dit geval niet wordt geabsorbeerd, zal deze ook uit het systeem komen met de nieuw vrijgegeven energiequanta vanwege de overgang van het elektron naar een lager energieniveau en een energiepakket vrijgeven dat overeenkomt met de energie van de kloof tussen de respectieve staten. Daarom kan gestimuleerde emissie in drie hoofdstappen worden geprojecteerd; 1) Het binnenkomen van de invallende golf 2) Elektron in een aangeslagen toestand komt neer op een lagere aangeslagen toestand of grondtoestand 3) De gelijktijdige afgifte van een energiegolf die energie draagt die overeenkomt met de energiekloof tussen de twee overgangstoestanden, samen met de transmissie van de invallende bundel. Het principe van gestimuleerde emissie wordt gebruikt bij de versterking van licht. bijv. LASER-technologie.
Wat is het verschil tussen spontane emissie en gestimuleerde emissie?
• Spontane emissie vereist geen externe elektromagnetische stimulus om energie vrij te geven, terwijl gestimuleerde emissie externe elektromagnetische stimuli vereist om energie vrij te geven.
• Tijdens spontane emissie komt er slechts één energiegolf vrij, maar tijdens gestimuleerde emissie komen er twee energiegolven vrij.
• De kans dat gestimuleerde emissie plaatsvindt is groter dan de kans dat spontane emissie plaatsvindt, aangezien externe elektromagnetische stimuli de kans vergroten dat de dipoolovergangstoestand wordt bereikt.
• Door de energiehiaten en invallende frequenties goed op elkaar af te stemmen, kan gestimuleerde emissie worden gebruikt om de invallende stralingsbundel sterk te versterken; terwijl dit niet mogelijk is wanneer spontane emissie plaatsvindt.
